台灣智慧電網發展願景

根據經濟部能源局之統計,就過去二十年間台灣的能源消費結構來看,隨著經濟的快速發展,使得電力的消費比重逐年增加,預計至2025年時,電力需求將占總能源消費需求之55.7%;然而,台灣傳統能源的蘊藏量極為缺乏,特別是維持經濟發展所需的能源礦物燃料,幾乎全部仰賴進口,目前進口比重已達99%以上。有鑑於此,台灣未來的能源發展應朝確保能源供應之安全性、避免能源供應短缺之情況發生、以及減少對環境的衝擊三方面來進行。而追求全新、低汙染之再生能源及替代燃料則是當前的首要任務。另一方面,雖然我國並不屬於京都議定書之成員,但根據IEA / OECD二氧化碳排放統計資料,我國於2006年溫室氣體排放量占全球總排放量之0.92%,排名全球第22位,而我國每人每年平均溫室氣體的排放量為11.87公噸,名列全球第18名,因此有很大的機會被列為第二階段要求減量之國家,若是我們一直不正視這個問題,且未採取有效的方法降低溫室氣體的排放量,未來其他國家將尋求貿易途徑,抵制產品在生產過程中大量製造溫室氣體的國家,這將嚴重影響台灣在國際上的競爭力。

我國電力系統屬於大型集中式的系統,其電力來源主要為火力(包含燃油、燃煤和燃氣)、核能(占總發電量之96.5%)、和部份的水力與再生能源(占總發電量之3.5%`,如圖3所示)。該系統有發電機組大型化及負載集中兩大特色,無論是核能電廠、火力電廠或水力電廠所產生的電力,由於發電廠與用戶端距離遙遠,都必須藉助輸變電系統提高電壓、透過電力線輸送、最終變壓供給用戶使用,造成大量的能量耗損。且都會區及工業區的負載集中、電力需求急速成長,但變電所尋址及興建困難,時常遭遇民眾抗爭,集中式電源無法輸送到電力需求端,造成地區性供電瓶頸。此外,最重要的問題在於,遠距離輸電與大電網互連使得系統難以快速追蹤負荷變化,故障問題容易透過電網擴散進一步造成電力系統癱瘓,且龐大的電網和過於集中的發電廠極易遭到攻擊而造成國安問題。因此,電力供應「不患寡而患不均」,且為考慮國家安全及能源問題,導入分散式電源及提高電網效率便成為我國的既定政策及發展方向。現有大型發電廠多設於偏遠地區,遠離電力需求中心,為提高輸電能力並減少損失,須先提高電壓以利長距離輸送,再依用電需要逐段降低電壓,供下游使用。

我國電力系統示意圖
圖3、我國電力系統示意圖

有鑑於此,經建會分別於96年7月30日及10月2日召開2次研商「新世代智慧型分散式電力系統」會議,並決議由「經濟部能源局」與「台灣電力公司」於97年1月30日,共同主辦「智慧型電網國際研討會」,凝聚建構智慧型電網以及整合分散型電源共識,規劃國家級智慧型電網的藍圖。依據國際能源環境趨勢與我國的永續能源策略,結合能源、ICT、網路科技,整合智慧電網、通訊、安全、交通等網路,係我國創建低碳經濟新格局策略之一。行政院於97年所頒布「永續能源政策綱領」, 以加強能源供應面的「淨源」與能源需求面的「節流」主策略,邁向節能減碳的社會,並設定提高能源效率、發展潔淨能源、確保能源供應穩定等多項目標,如圖4所示。在提高能源效率方面,設定未來8年每年提高能源效率2%以上,使能源密集度於2015年較2005年下降20%以上;並藉由技術突破及配套措施,2025年下降50%以上。在發展潔淨能源方面將發電系統中低碳能源占比由40%增加至2025年的55%以上,其中包含在確保能源供應穩定方面將建立滿足未來4年經濟成長6%及2015年每人年均所得達3萬美元經濟發展目標的能源安全供應系統。可預見隨著台灣社會化與工業化的持續發展,將使總能源需求、電力占最終能源需求比例、電力負載曲線中擾動逐年增加,加上溫室氣體排放與電力自由化等因素,我國現有電力系統面臨日漸嚴峻的挑戰。因此如藉由電力電子與資通訊技術,如何提升電力使用效能、提升電網再生能源容忍度、提供高品質電力、並同時帶動電力展產業就成為建立永續電力供應系統。

發展永續電力供應系統策略 圖4、發展永續電力供應系統策略示意圖

台電公司因應國際趨勢,並基於:優良供電品質需求不斷提升、用戶對電力資訊之渴望與參與、分散式電源逐漸增加需加以整合、針對氣候變遷之節能減碳,以及資訊、通訊與電力電子技術不斷進步及成本下降等,而於民國95年邀集相關單位研討智慧型電網之建置與里程規劃,而「智慧型電網專案小組」設置要點已於96年6月訂定,該要點將台電公司建構智慧型電網規劃成短、中、長程三階段,並以4個目標領域來進行。圖5為台電智慧電網里程規劃總表,為台電智慧電網里程規劃總表,內容包含電網安全與可靠、電能效率、用戶服務品質與分散型電源整合四大目標。

台電智慧電網里程規畫總表 圖5、台電智慧電網里程規畫總表

台電公司規劃智慧型電網重點 圖6、台電公司規劃智慧型電網重點

圖6為台電公司規劃智慧型電網重點,在發電系統包括:具Governer free、AGC (Automatic Generation Control)及APC (Automatic Performance Control)之高效率機組、引進超臨界汽力機組、火力發電廠機組熱功性能監視系統、整合再生能源發電等。在輸電系統方面包括:以相量量測單元(Phasor Measurement Unit, PMU)組成的廣域監測(Wide-Area Monitoring, WAM)系統、監測結果的可視覺化(Visualization)、特殊保護系統(SPS, Special Protection System) Look-up Table之分析及更新、電驛系統全面數位化、自動電壓控制系統(SVR)與靜態型同步無效電力補償器(STATCOM)之引進、建構新電能管理系統(TEMS)、彈性交流系統(FACTs)與通信技術整合。在配電系統:微電網、變電所自動化、配電監控系統、配電管理系統、饋線自動化、電壓與虛功整合控制、饋線與變電所尖峰負載管理、電力設備狀態監測、線路故障指示器即時監測。在用戶端:AMI,AMR、停限電管理、分散型電源與再生能源及電動車電池之整合管理。而智慧型電網的互通能力(System Interoperability)為整合的關鍵,包括停電管理系統與其他資訊系統整合的系統互通性需求、與大規模分散式資源及需求面資源的系統互通性需求、以及資產管理的系統互通性需求。

國內投入智慧電網與先進讀表之研究單位主要有核研所、經濟部技術處(資策會) 、以及工研院,至99年總經費共為新台幣3億7千4百萬元。核研所主要投入微電網方面技術研究與建置,資策會投入先進讀表相關之應用計畫,工研院則投入智慧電、能源管理與分散式電力系統併網與控制技術的開發。在台灣電力公司方面,在95年便開始智慧電網與讀表相關研究計畫工作,至99年總經費共新台幣2千6百萬元。研究項目包含分散型電源併入配電系統之保護協調與電壓控制研究、監控系統(設備)通訊協定驗證實驗室之建立、電力線通訊技術於配電饋線自動化之應用、發電機組模型參數定期量測與確認、整合分散型電源建構優質配電網、本公司建置先進讀表基礎建設(AMI)可行性效益分析研究、應用IED於設備狀態監測及IEC61850通訊協定評估研究、微電網試驗場之研製。

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